AULA_9_POS_COMPORTAMENTO_ESPECTRAL1_pdf

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COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DE 
OBJETOS (ALVO) 
Peterson Ricardo Fiorio 
Sensoriamento Remoto 
“ É a ciência ou a arte de se obterem informações 
 sobre um objeto, área ou fenômeno, através de dados 
 coletados por aparelhos denominados sensores, que não 
entram em contato direto com os alvos em estudo 
(Crepani, 1983)” 
Definição: 
Histórico 
 Origem vinculada a fotografia aérea 
 Podemos dividir em dois períodos: 
 1860 - 1960 (fotografias aéreas) 
 1960 - hoje (fotografias e imagens) 
 Desenvolvimento do Sensoriamento Remoto: 
 Matemática; Física; Química 
 Biologia; Ciências da Terra e 
 Computação. 
Histórico 
 1862 - Guerra civil americana (corpo de balonistas) 
 1909 - Fotografias tiradas de aviões 
 1914 - I Grande Guerra Mundial 
 1939 - II Grande Guerra Mundial 
 1945 (49) - 1989 (muro Berlim) 1991 Guerra Fria 
 - U2 
 - Corrida espacial 
 Hoje.... 
Qual o verdadeiro interesse no Sensoriamento Remoto? 
Princípios Físicos do SR 
Aquisição/Armazenamento/Processamento 
R.E.M. 
Alvo 
Sensor 
Plataforma 
Comp. Espectral 
INPE 
Imagens 
Princípios Físicos do SR 
Espectro Eletromagnético 
Espectro Eletromagnético 
Princípios Físicos do SR 
 
 < 0.003 nm - Raios Gama: Origem nuclear, alto poder de penetração; 
 0,003 - 100nm - Raios X: Altamente penetrante, origem atômica; 
 100 - 400nm - Ultravioleta: Atenuação pela atmosfera (dificulta seu 
uso - poluição marinha e detecção de minerais; 
 400 - 760nm - Luz visível: Sensação de visão ao olho humano; 
 760 - 3.000nm - Infravermelho: absorvido pela maioria das 
substâncias produzindo aquecimento, minerais de argila e radicais OH; 
 3.000 - 15.000nm - Infravermelho térmico; 
 15.000nm - 0.1 cm - Infravermelho distante; 
  0.1cm - 30 cm - Microondas: Radar, pouca atenuação da atmosfera; 
  > 30cm - Ondas de Rádio: comunicação, longas distâncias ( f;  ) 
Princípios Físicos do SR 
Luz Visível (400nm - 760 nm): 
 - violeta (400 - 460 nm) 
 - anil (460 - 475 nm) 
 - azul (475 - 490 nm) 
 - verde (490 - 565 nm) 
 - amarelo (565 - 575 nm) 
 - laranja (575 - 600 nm) 
 - vermelho (600 - 760 nm) 
Infravermelho (760 nm - 3.000 nm): 
 - IV Próximo (760 - 1.500 nm) 
 - IV Médio (1.500 - 3.000 nm) 
Princípios Físicos do SR 
Espectro Eletromagnético 
Comportamento espectral de Alvos 
Fatores que interferem no comportamento espectral 
medido dos alvos 
 Parâmetros relativos ao alvo 
 Nível de aquisição 
 Geometria de aquisição dos dados 
 Parâmetros atmosféricos 
 Nível de aquisição 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
920 km 
400 km 
3000 m 
 300 m 
 20 m 
Orbital 
Fotografias Aéreas 
 Geometria de aquisição dos dados 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
 Geometria de aquisição dos dados 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
Ângulo zenital (θz): com o aumento do ângulo zenital solar 
ocorre uma diminuição da irradiância solar na superfície do 
alvo o que diminui a energia refletida aumentando a 
porcentagem de energia difusa sobre a superfície do alvo. 
 
θz E. Irradiada 
no alvo 
E. Refletida 
do alvo 
E. Difusa 
do alvo 
Caminho da E. pela Atmosfera 
θv E. Refletida 
no Sensor 
Caminho da E. pela Atmosfera 
E. Difusa 
do alvo 
 Geometria de aquisição dos dados 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
Ângulo de visada (θv): Um aumento do ângulo de visada 
acarreta em um aumento do componente de radiância da 
atmosfera na energia refletida do alvo. 
 Geometria de aquisição dos dados 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
Ângulo azimutal: A variação do ângulo azimutal do sol e do 
sensor altera a distribuição de energia na superfície do alvo. 
Condição Ideal:  Ψ = 00 
  θz = 200 
  θv = 50 
Maior porcentagem de energia 
refletida em todos os 
comprimentos de onda 
Atmosfera 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
 Parâmetros atmosféricos 
Os principais fatores que interferem na energia refletida do alvo 
que atingem o sensor são: 
 UMIDADE: relação direta nos fenômenos de absorção e 
espalhamento de determinado λ pela atmosfera. 
 AEROSSÓIS: Contribuem para o espalhamento 
H2O 
Aerossóis 
Espalhamento 
Molecular (Rayleigh) 
Mie 
Não Seletivo 
λ > Ø 
λ ≡ Ø 
λ < Ø 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
 Parâmetros atmosféricos - espalhamento 
Molecular (Rayleigh) λ > Ø 
Espalhamento devido aos gases que se encontram na atmosfera. 
Quando o menor λ maior o espalhamento. 
λ de 475 nm (Azul) 
λ de 600 nm (Vermelho) 
Mie λ ≡ Ø 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
 Parâmetros atmosféricos - espalhamento 
O comprimento de onda da radiação é aproximadamente igual 
ao diâmetro das partículas em suspensão no ar promovendo 
assim um espalhamento seletivo. 
Céu avermelhado em época de 
seca dando a maior 
concentração de partículas no 
ar no tamanho do λ vermelho. 
Fatores que interferem no comportamento espectral medido dos alvos 
 Parâmetros atmosféricos - espalhamento 
Não Seletivo λ < Ø 
Ocorre quando o diâmetro das partículas são maiores que os 
comprimentos de ondas de qualquer componente da luz solar 
visível. Neste caso a radiação de diferentes comprimentos de 
onda serão espalhadas em todas as direções com igual 
intensidade. 
 COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
Vegetação 
Solo 
H2O 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
REM 
Reflectância 
Absortância 
Transmitância 
Folhas 
Delgadas - Transmitância 
Espessas – Reflectância 
Folhas escuras e espessas (xerófilas) 
Galhos polpudos de dos cactos. 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância, absortância e trasmitância de uma folha 
Visível IV Curto IV Próximo 
Comportamento Espectral 
 Vegetação – Folha - Interação com a REM 
Cutícula 
Parênquima Paliçadico 
Nervuras Seiva Elaborada 
Nervuras Seiva Bruta 
Epiderme superior 
Parênquima Gasoso 
Mesófilo Esponjoso 
Cloroplastos 
Estômatos 
REM 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas 
 A pigmentação das folhas altera a resposta espectral das folhas 
apenas na região do visível. 
Região do visível: (400 – 760 nm) 
 Resposta Espectral - pigmentos das folhas existentes nos cloroplastos 
 No cloroplasto temos: 65% clorofila, 6% carotenóide e 29% xantofila. 
 A clorofila a grande responsável pela absorção da R.E.M. no visível 
(azul-violeta e vermelho) – Fotossíntese (Energia Luminosa – Química). 
 Em geral a cor amarelada ou alaranjada dos carotenóides (carotenos 
e xantofilas) é mascarada pela cor verde da clorofila, sendo que quando 
a clorofila é degradada predominam cores mais amarelas a alaranjadas 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Azul 
Verde 
Verm. 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - Visível 
Azul Verde Vermelho 
Clorofila 
Carotenóides e Xantofilas 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas 
Região do Infravermelho – Próximo: (760 – 1500 nm) 
II Grande Guerra – Fotografias Aéreas 
IV Próximo 
ComportamentoEspectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas 
Região do Infravermelho - Próximo 
  A IV Próximo ao chegar as células do mesófilo 
esponjoso e às cavidades existente no interior das folhas é 
espalhado e submete-se as múltiplas reflexões e refração que 
ocorrem devido a diferença dos índices de refração do ar (1.0) e 
das paredes celulósicas hidratadas (1.4). 
 A cutícula e o epiderme de uma folha são praticamente 
transparente a radiação de IV- Próximo. 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVP 
Normal 
Infiltrada com Água 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVP 
Região do Infravermelho - Próximo 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVP 
Cultura do feijão aos 42, 50 e 68 dias de idade (Cunha, 2000) 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVP 
Índices de refração do ar (1.0) e das paredes celulósicas hidratadas (1.4) 
H2O 
H2O 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVP 
Refletância aditiva 
100 % 
50 % 
25 % 
12,5 % 
6,25 % 
3,125 % 
25 % 
6,25 % 
1,5625 % 
1,5625 % 
Total Refletido: 62,625% 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVP 
Refletância aditiva 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas 
Região do Infravermelho – Médio: (1500 - 3000 nm) 
IV Médio 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas 
Região do Infravermelho – Médio: (1500 - 3000 nm) 
 Nessa região a resposta espectral de uma folha sadia é 
caracterizada principalmente pela absorção de energia pela 
água que ocorrem próximas a 1500nm 1900nm e 2700nm. 
 Essa absorção de energia promove as transições dos 
estados vibratórios e rotacionais das moléculas de água. 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Reflectância Espectral das Folhas - IVM 
Folha de milho, onde variou o teor de umidade 
Folha sadia 
Degradação Clorofila 
Comportamento Espectral 
 Vegetação 
Fatores que afetam a Reflectância da Cobertura Vegetal 
Germinação / 
Desenvolvimento Inicial 
Desenvolvimento Vegetativo 
Florescimento 
 Maturação/ 
Senescência 
Domínio Espectral 
do solo 
Domínio Espectral da 
Cobertura Verde 
Domínio Espectral por 
Vegetação Seca/Solo 
De uma forma geral os fatores que afetam a reflectância da Cobertura Vegetal são, 
A natureza estrutural e geométrica. (Forma, tamanho, orientação das plantas e das 
suas folhas, práticas culturais... 
Comportamento Espectral 
 Solos 
O solo tem seu comportamento espectral influenciado por 
diversos fatores, sendo os mais importantes: 
UMIDADE 
TEOR DE MATÉRIA ORGÂNICA 
TEXTURA 
COR 
TEOR DE ÓXIDOS DE FERRO 
CTC 
CONDIÇÕES DE SUPERFÍCIE 
Comportamento Espectral 
 Solos 
UMIDADE 
M. O. 
TEXTURA 
COR 
FERRO 
CTC 
Comportamento Espectral 
 Solos 
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
450 700 950 1200 1450 1700 1950 2200 2450
RQo LVd LVe LVef NVef NVefpp CXef
Comprimento de onda (nm) 
F
at
o
r 
d
e 
R
ef
le
ct
ân
ci
a 
Visível 
IVP 
IVM 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Elementos que atuam na intensidade da curva espectral 
Umidade: com o aumento do teor de umidade no solo temos 
uma maior absorção de energia radiante em todo o espectro da 
curva diminuindo a refletância, porém a forma geral da curva 
não se altera. 
Teor de matéria orgânica: com aumento do teor de matéria 
orgânica (>2%) temos uma maior absorção da R.E.M. em todo 
espectro estudado. Alem disso a matéria orgânica também 
mascara a presença dos óxidos de ferro, na região do visível, 
diminuindo a intensidade dos picos de absorção dos óxidos. 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Elementos que atuam na intensidade da curva espectral 
Quartzo: devido a sua alta refletância solos com maiores 
quantidades de quartzo apresentam maiores intensidades, ou 
seja, maiores refletâncias em toda a curva espectral. 
Magnetita: (mineral proveniente de rochas básicas) Por ser 
um mineral opaco apresenta grande absorção da R.E.M 
diminuindo a intensidade de refletância por todo a curva 
espectral marcando também os picos de absorção em todo o 
espectro. 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Bandas de absorção em 950nm 1200 nm, 1400 nm e 1900nm 
 As bandas de absorção em 950nm e 1200nm são muito fracas 
sendo mais difícil de serem percebidas. 
H2O e Grupos OH (minerais) 
 As bandas de 1400nm e 1900nm 
H2O e Grupos OH (1:1) 
H2O e Grupos OH (2:1) 
Comportamento Espectral 
 Solos 
H2O 
H2O 
Bandas de absorção em 950nm 1200 nm, 1400 nm e 1900nm 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Caulinita (2200 nm) 
A caulinita é um mineral 1:1 que apresenta uma curva 
característica interessante na sua banda de absorção o degrau 
em 2200nm. Segundo Ben-Dor (2000) nesse comprimento de 
onda a água em excesso mascara o efeito dos grupos OH da 
caulinita devido a sua menor superfície específica. 
O 
H O 
H O 
O H 
H O 
H O 
H O 
O H 
H 
Feição Típica 
Caulinita (Degrau) 
Interação – H2O 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Caulinita (2200 nm) 
Caulinita 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Caulinita (2200 nm) 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Óxidos de Ferro e Alumínio (450 – 760 nm) e (760 – 1000 nm) 
A hematita apresenta cores mais vermelhas enquanto a 
Goethita apresenta cores amarelas. Apresentam alta absorção 
na região do visível e baixa absorção no infravermelho 
próximo, em uma pequena banda de absorção centrada em 
850 nm. 
Hematita Goethita 
Hematita (600 – 700 nm) 
Goethita (565 – 575 nm) 
Comportamento Espectral 
 Solos 
Óxidos de Ferro e Alumínio (450 – 760 nm) e (760 – 1000 nm) 
Comportamento Espectral 
 Solos 
A rugosidade do alvo proporciona uma maior interação com a 
R.E.M o que promove uma maior absorção quando 
comparado com uma superfície teoricamente lisa. 
CTC 
A capacidade de troca catiônica é inferida pela curva espectral 
a qual pode diferenciar solos com maiores teores de argila e 
matéria orgânica e que pode inferir uma CTC mais elevada. 
Condições de Superfície 
Reflectância Reflectância 
Comportamento Espectral 
 Água 
Água no estado líquido: apresenta baixa refletância entre 
380 nm e 700 nm, absorvendo toda R.E.M. acima de 700 nm. 
Água em forma de nuvens: apresenta altíssima refletância 
entre 380 nm e 2500 nm com bandas de absorção amplas 
próximas de 1000 nm, 1300 nm e 2000 nm. 
Água em forma de neve: elevada refletância, (maior que a das 
nuvens), entre 700 nm e 1200 nm. De 1200 a 1400nm a 
refletância decresce rapidamente sendo muito absorvida ou 
seja com baixa refletância até 2500nm. 
Comportamento Espectral 
 Água 
Comportamento Espectral 
 Água 
Comportamento Espectral 
 Água